2022年高考物理精品第电磁场和电磁波 .pdf

优秀学习资料欢迎下载电磁场和电磁波知识网络：单元切块：按照考纲的要求，本章内容均为级要求，在复习过程中，不再细分为几个单元。本章重点是了解交变电场和交变磁场的相互联系，定性理解麦克斯韦的电磁场理论。教学目标：1了解交变电场和交变磁场的相互联系，定性理解麦克斯韦的电磁场理论2了解电磁场和电磁波概念，记住真空中电磁波的传播速度3了解我国广播电视事业的发展教学重点： 了解交变电场和交变磁场的相互联系，定性理解麦克斯韦的电磁场理论教学难点： 定性理解麦克斯韦的电磁场理论教学方法： 讲练结合，计算机辅助教学教学过程：一、电磁振荡1振荡电路：大小和方向都随时间做周期性变儿的电流叫做振荡电流，能够产生振荡电流的电路叫振荡电路，LC回路是一种简单的振荡电路。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 9 页优秀学习资料欢迎下载q，i 5T/6 2LC回路的电磁振荡过程：可以用图象来形象分析电容器充、放电过程中各物理量的变化规律，如图所示3LC回路的振荡周期和频率LCT2LCf21注意： （1）LC回路的 T、 f 只与电路本身性质L、C有关（2）电磁振荡的周期很小，频率很高，这是振荡电流与普通交变电流的区别。分析电磁振荡要掌握以下三个要点（突出能量守恒的观点）：理想的LC回路中电场能E电和磁场能E磁在转化过程中的总和不变。回路中电流越大时，L中的磁场能越大（磁通量越大）。极板上电荷量越大时，C中电场能越大（板间场强越大、两板间电压越高、磁通量变化率越大）。LC回路中的电流图象和电荷图象总是互为余函数（见右图）。【例 1】 某时刻 LC回路中电容器中的电场方向和线圈中的磁场方向如右图所示。则这时电容器正在_（充电还是放电） ，电流大小正在 _（增大还是减小） 。解：用安培定则可知回路中的电流方向为逆时针方向，而上极板是正极板，所以这时电容器正在充电；因为充电过程电场能增大，所以磁场能减小，电流在减小。【例2】右边两图中电容器的电容都是C=410-6F，电感都是L=9104H，左图中电键 K 先接 a，充电结束后将K扳到 b；右图中电键 K 先闭合，稳定后断开。两图中LC回路开始电磁振荡t=3.14104s 时刻， C1的上极板正在 _电（充电还是放电）,带_电（正电还是负电） ；L2中的电流方向向_(左还是右 )，磁场能正在 _（增大还是减小） 。解：先由周期公式求出LCT2=1.2 104s， t=3.14104s 时刻是开始振荡C L a K b C1L1 L2 C2 K i q t t o o 放电充电放电 充精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 9 页优秀学习资料欢迎下载后的T65。再看与左图对应的q-t 图象（以上极板带正电为正）和与右图对应的i-t 图象（以 LC回路中有逆时针方向电流为正），图象都为余弦函数图象。在T65时刻， 从左图对应的 q-t 图象看出， 上极板正在充正电；从右图对应的i-t 图象看出， L2中的电流向左，正在增大，所以磁场能正在增大。二、电磁场1麦克斯韦的电磁场理论要深刻理解和应用麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。（1）变化的磁场（电场）能够在周围空间产生电场（磁场）；（2）均匀变化的磁场（电场）能够在周围空间产生稳定的电场（磁场）；（3）振荡的磁场（电场）能够在周围空间产生同频率的振荡电场（磁场）；可以证明：振荡电场产生同频率的振荡磁场；振荡磁场产生同频率的振荡电场。点评： 变化的磁场在周围空间激发的电场为涡旋电场，涡旋电场与静电场一样，对电荷有力的作用， 但涡旋电场又于静电场不同，它不是静电荷产生的，它的电场线是闭合的，在涡旋电场中移动电荷时，电场力做的功与路径有关，因此不能引用“电势”、 “电势能”等概念。另外要用联系的观点认识规律，变化的磁场产生电场是电磁感应现象的本质。【例 3】右图中，内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于环口径的带正电的小球，正以速率v0沿逆时针方向匀速转动。若在此空间突然加上竖直向上、磁感应强度B 随时间成正比例增加的变化磁场，设小球运动过程中的电量不变，那么（）A.小球对玻璃环的压力不断增大B.小球受到的磁场力不断增大C.小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做加速运动D.磁场力一直对小球不做功分析： 因为玻璃环所处有均匀变化的磁场，在周围产生稳定的涡旋电场，对带正电的小球做功， 由楞次定律， 判断电场方向为顺时针，在电场力的作用下，小球先沿逆时针方向做减速运动， 过一段时间后， 沿顺时针方向做加速运动。小球在水平面内沿轨迹半径方向受两个力：环的弹力N 和磁场的洛仑兹力f，而且两个力的矢量和始终提供向心力，考虑到小球速度大小的变化和方向的变化以及磁场强弱的变化，弹力和洛仑兹力不一定始终在增大。洛仑兹力始终和运动方向垂直，所以磁场力不做功。正确为CD。2电磁场：按照麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一场，称为电磁场。电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现。v0 B 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 9 页优秀学习资料欢迎下载理解电磁场是统一的整体：根据麦克斯韦电磁场理论的两个要点：在变化的磁场的周围空间将产生涡漩电场，在变化的电场的周围空间将产生涡漩磁场当变化的电场增强时，磁感线沿某一方向旋转，则在磁场减弱时，磁感线将沿相反方向旋转，如果电场不改变是静止的，则就不产生磁场同理， 减弱或增强的电场周围也将产生不同旋转方向的磁场因此， 变化的电场在其周围产生磁场，变化的磁场在其周围产生电场，一种场的突然减弱，导致另一种场的产生 这样，周期性变化的电场、 磁场相互激发， 形成的电磁场链一环套一环，如下图所示 需要注意的是， 这里的电场和磁场必须是变化的，形成的电磁场链环不可能是静止的，这种电磁场是无源场（即：不是由电荷激发的电场，也不是由运动电荷-电流激发的磁场 ） ，并非简单地将电场、磁场相加， 而是相互联系、 不可分割的统一整体在电磁场示意图中，电场 E矢量和磁场B 矢量，在空间相互激发时，相互垂直，以光速c 在空间传播3电磁波变化的电场和磁场从产生的区域由近及远地向周围空间传播开去，就形成了电磁波。（1）有效地发射电磁波的条件是：频率足够高 （单位时间内辐射出的能量Pf4） ；形成开放电路（把电场和磁场分散到尽可能大的空间里去）。（2）电磁波的特点：电磁波是横波。在电磁波传播方向上的任一点，场强E 和磁感应强度B 均与传播方向垂直且随时间变化，因此电磁波是横波。电磁波的传播不需要介质，在真空中也能传播。在真空中的波速为c=3.0108m/s。波速和波长、频率的关系：c f注意： 麦克斯韦根据他提出的电磁场理论预言了电磁波的存在以及在真空中波速等于光速 c，后由赫兹用实验证实了电磁波的存在（3）电磁波和机械波有本质的不同4无线电波的发射和接收（1）无线电波：无线电技术中使用的电磁波（2）无线电波的发射：如图所示。调制：使电磁波随各种信号而改变调幅和调频精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 9 页优秀学习资料欢迎下载（3）无线电波的接收电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫做电谐振。调谐：使接收电路产生电谐振的过程。调谐电路如图所示。通过改变电容器电容来改变调谐电路的频率。检波：从接收到的高频振荡中“检”出所携带的信号。4.电磁波的应用广播、电视、雷达、无线通信等都是电磁波的具体应用。雷达：无线电定位的仪器，波位越短的电磁波，传播的直线性越好，反射性能强，多数的雷达工作于微波波段。缺点， 沿地面传播探测距离短。中、长波雷达沿地面的探测距离较远，但发射设备复杂。【例4】 一台收音机，把它的调谐电路中的可变电容器的动片从完全旋入到完全旋出，仍然收不到某一较高频率的电台信号。要想收到该电台信号，应该 _（增大还是减小）电感线圈的匝数。解：调谐电路的频率和被接受电台的频率相同时，发生电谐振，才能收到电台信号。由公式LCf21可知， L、C越小， f 越大。当调节C达不到目的时，肯定是L太大，所以应减小L，因此要减小匝数。【例 5】 某防空雷达发射的电磁波频率为f=3103MHZ，屏幕上尖形波显示，从发射到接受经历时间t=0.4ms，那么被监视的目标到雷达的距离为_km。该雷达发出的电磁波的波长为_m。解：由 s= ct=1.2 105m=120km。这是电磁波往返的路程，所以目标到雷达的距离为 60km。由 c=f可得 = 0.1m 【例6】 电子感应加速器是利用变化磁场产生的电场来加速电子的。如图所示，在圆形磁铁的两极之间有一环形真空室，用交变电流励磁的电磁铁在两极间产生交变磁场，从而在环形室内产生很强的电场，使电子加速被加速的电子同时在洛伦兹力的作用下沿圆形轨道运动。设法把高能电子引入靶室，就能进一步进行实验工作。已知在一个轨道半径为r=0.84m 的电子感应加速器中，电子在被加速的4.2ms 内获得的能量为120MeV设在这期间电子轨道内的高频交变磁场是线性变化的，磁通量的最小值为零，最大值为1.8Wb，试求电子在加速器中共绕行了多少周？解：根据法拉第电磁感应定律，环形室内的感应电动势为E=t= 429V，设电子在加速器中绕行了N 周，则电场力做功NeE应该等于电子的动能EK，所以有N= EK/Ee，带入数据可得N=2.8105周。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 9 页优秀学习资料欢迎下载【例7】 如图所示，半径为r且水平放置的光滑绝缘的环形管道内，有一个电荷量为e，质量为m的电子。此装置放在匀强磁场中，其磁感应强度随时间变化的关系式为B=B0+kt（k0） 。根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的磁场将产生稳定的电场， 该感应电场对电子将有沿圆环切线方向的作用力，使其得到加速。设t=0 时刻电子的初速度大小为v0，方向顺时针，从此开始后运动一周后的磁感应强度为B1，则此时电子的速度大小为A.mreB1B.mkerv2202C.mreB0D.mkerv2202解：感应电动势为E=k r2，电场方向逆时针，电场力对电子做正功。在转动一圈过程中对电子用动能定理：kr2e=21mv2-21mv02，得答案B。【例8】 如图所示，平行板电容器和电池组相连。用绝缘工具将电容器两板间的距离逐渐增大的过程中，关于电容器两极板间的电场和磁场，下列说法中正确的是A.两极板间的电压和场强都将逐渐减小B.两极板间的电压不变，场强逐渐减小C.两极板间将产生顺时针方向的磁场D.两极板间将产生逆时针方向的磁场解：由于极板和电源保持连接，因此两极板间电压不变。两极板间距离增大，因此场强 E=U/d 将减小。由于电容器带电量Q=UC，d 增大时，电容C减小，因此电容器带电量减小，即电容器放电。放电电流方向为逆时针。在引线周围的磁场方向为逆时针方向，因此在两极板间的磁场方向也是逆时针方向。选BD。【例 9】如图所示，氢原子中的电子绕核逆时什快速旋转，匀强磁场垂直于轨道平面向外，电子的运动轨道半径r 不变，若使磁场均匀增加，则电子的动能（）A不变B增大C减小D无法判断解析：正确答案为B 电子在库仑力F和洛伦兹力f 作用下做匀速圆周运动，用左手定则判断f 和 F方向始终相同， 两者之和为向心力。当磁场均匀增加时，根据麦克斯韦理论，将激起一稳定电场，由楞次定律及安培定则可判出上述电场的方向为顺时针，这时电子除受到上述两力外，又受到一个逆时针方向的电场力作用，该力对电子做正功，所以电子的动能将增大，故答案B 正确。三、针对性练习：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 9 页优秀学习资料欢迎下载1对处于图所示时刻的LC振荡电路，下列说法正确的是（）A、电容器正在放电，电场能正转变成磁场能；B、电容器正在充电，电场能正转变成磁场能；C、电容器正在放电，磁场能正转变成电场能；D、电容器正在充电，磁场能正转变成电场能2.下列关于电磁波的叙述中，正确的是A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播B.电磁波由真空进入介质传播时，波长将变长C.电磁波不能产生干涉、衍射现象D.雷达是利用自身发射的电磁波来对目标进行定位的3在我们的周围空间存在着各种不同频率的电磁波，它的存在为人类的信息交流带来了极大的方便：（1）是谁首先预言了电磁波的存在？答：（2）是谁用实验的方法证实了电磁波的存在？答：（3）无线电波按波长从大到小可分为长波、中波、中短波、短波等，按传播方式可分为天波传播、地波传播和直线传播，其中地波是依靠波的衍射作用沿地球表面传播的，那么上面提到的四种无线电波中哪种最适宜地波传播答：4在听收音机时，常常要从一个电台调到另一个电台，去收听自己喜欢的节目；如果你正在收听中央人民广播电台频率为1035KHz 的节目。现在你想改听北京人民广播电台频率为828KHz 的节目，那么：（1） 在对收音机进行调谐时，你应把调谐电路中的可变电容器的动片旋进一些，还是旋出一些？为什么？（提示： 旋进时电容器两极板的正对面积增大，当收音机的调谐电路的频率与电台发射频率相同时，就能清楚地收到该电台的节目）答：（2） 若北京人民广播电台正在实况广播一场音乐会，试问离舞台30 米远的现场观众甲和远在现场3000 公里外的听众乙比较，谁先听到歌手的声音？答：5电磁波遇到某些障碍物会发生反射，雷达就是根据这一原理制成的，某雷达站正在观察一飞机飞行，若飞机正向雷达站飞来，某一时刻雷达第一次发出电磁波到接收到反射波历时200 微秒，第二次发出电磁波到接收到反射波历时186 微秒，第一次发射到第二次发射的时间差为4 秒钟，则刻飞机的飞行速度为m/sL C i 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 9 页优秀学习资料欢迎下载6麦克斯韦的电磁场理论有两个要点：（1）； （2）7电磁场：电磁波：8电磁波在真空中的波速是m/s电磁波的波速、波长、周期、频率的关系用公式表示是v=传播过程中电磁波的不变9某收音机可变电容器的电容量为C1时能收到无线电波的彼长是1，当电容量为C2时，能收到的无线电波的波长是2，若把电容量调为C1C2，则能收到的电磁波的波长是1020XX 年奥运会将在中国北京进行，为了实现全球的电视转播，我国政府将进行设计多种方案，下面正确的一种是（）A.只需运用一颗同步卫星，在赤道平面上空运行B.至少需运用三颗同步卫星，在赤道平面上空运行C.只需运用一颗同步卫星，绕着通过南北极的上空运行D.至少需运用三颗同步卫星，绕着通过南北极的上空运行1120XX年 10 月 16 日我国成功发射了“神州五号”载人飞船，这标志着我国的航天航空事业居于世界前列。（1）如图是A“神州五号”的火箭发射场，B 为山区， C为城市，发射场正在进行发射，若该火 箭 起 飞 时 质 量 为2.02105kg ， 起 飞 推 力2.75 106N，火箭发射塔高100m，则该火箭起飞的加速度大小为，在火箭推力不变的情况下，若不考虑空气阻力和火箭质量的变化，火箭起飞后经s 飞离发射塔。（2）为了转播发射实况，我国科技工作者在发射场建立了发射台用于发射广播与电视信号。已知传输无线电广播所用的电磁波波长为550m，而传输电视信号所用的电磁波波长为0.556m，为了不让山区挡住信号的传播，使城市居民能听到和收看实况，必须通过在山顶的转发站来转发（填无线电广播信号或电视信号），这是因为。12按有关规定，工作场所所受的电磁波辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁波能量）不得超过0.50W/m2。若某小型无线通信装置的辐射功率为1W，那么在距离该通信装置m 以外是符合规定的安全区域。13 “神州五号”载人飞船成功发射，如果你想通过同步卫星转发的无线电话与杨利精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 9 页优秀学习资料欢迎下载伟通话， 则在你讲完话后，至少要等多长时间才能听到对方的回话？（已知地球的质量为M=6.0 1024kg，地球半径为R=6.4 106m，万有引力恒量G=6.67 1011Nm2/kg2）参考答案：1D 2.AD 38 （略）9112LCc222LCc)(2213CCLc解得2221310B 同步卫星只能在赤道平面上空，通过南北极的卫星不可能是同步卫星。由于电信号属于微波段，只能直线传播，为覆盖全球， 至少需发射三颗同步卫星，使它们位于三角形的顶点，地球平面内切于这个正三角形，所以B正确。11 （1）利用 F - mg=ma，得 a=3.81m/s2，再有 s=at2/2，得 t=7.25s。（2）电视信号电视信号波长短，沿直线传播，受山区阻挡，不易发生衍射。12 0.40 13解：同步卫星是相对于地面静止的，它的运动周期T=3600 24s，设卫星离地面距 离 为h ， 它 绕 地 球 转 动 的 向 心 力 是 它 对 地 球 的 万 有 引 力 ， 即22)2)()(ThRmhRmMG，代入， h=3.59107m。最短通信距离是发话人和听话人均在 同 步 卫 星 的 正 下 方 ， 这 时 电 磁 波 传 播 的 最 短 距 离 为s=2h， 所 以 最 短 时 间 为t=22 h/c=0.48s。教学后记高考要求不高， 内容也简单， 属于记忆性内容，通过复习学生把忘记的知道能重新理解记忆，达到了复习效果。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 9 页